(57)【要約】【課題】ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気中のＰＭを適切に除去する排気浄化装置を提供する。【解決手段】プラズマアシストＰＭ浄化リアクター（１０）、ＰＭ浄化リアクター（１０）内のＰＭの堆積量を検知するＰＭ堆積量検知手段（１、２、３）、ＰＭ浄化リアクター（１０）に電力を供給する電源手段（７）、及びＰＭ堆積量検知手段（１、２、３）からの信号に基づいて電源手段（７）を制御する電源制御手段（５）を有する排気浄化装置とする。ここでこの排気浄化装置では、ＰＭ堆積量検知手段（１、２、３）で検知されたＰＭ堆積量が所定量を超えたときに、電源制御手段（５）が電源手段（７）を制御して、ＰＭ浄化リアクター（１０）への電力の供給を開始させ、又はＰＭ浄化リアクター（１０）に供給する電力を増加させることを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマアシストＰＭ浄化リアクター、
前記ＰＭ浄化リアクター内のＰＭ堆積量を検知するＰＭ堆積量検知手段、
前記ＰＭ浄化リアクターに電力を供給する電源手段、及び
ＰＭ堆積量検知手段からの信号に基づいて前記電源手段を制御する電源制御手段、
を有する排気浄化装置であって、前記ＰＭ堆積量検知手段で検知されたＰＭ堆積量が所定量を超えたときに、前記電源制御手段が前記電源手段を制御して、前記ＰＭ浄化リアクターへの電力の供給を開始させ、又は前記ＰＭ浄化リアクターに供給する電力を増加させることを特徴とする、排気浄化装置。
【請求項２】
前記ＰＭ堆積量検知手段が、前記ＰＭ浄化リアクター前後の差圧を測定する差圧計を有する、請求項１に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関等からの排気の浄化装置に関するものであって、特にディーゼルエンジンから排出される粒子状物質（パティキュレート：以下「ＰＭ」という。）を除去するための排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンは、自動車、特に大型車に多く搭載されているが、その排気中の窒素酸化物、一酸化炭素、炭化水素等とともに、ＰＭの排出を低減することが強く望まれてきている。そのため、エンジンの改良又は燃焼条件の最適化等により根本的にＰＭを低減する技術開発だけでなく、排気中のＰＭを効率的に除去する技術の確立が望まれている。
【０００３】
しかしながら単にディーゼルパティキュレートフィルター（以下「ＤＰＦ」という。）で排気中のＰＭを捕集する手法では、使用時間が経過するにつれ、捕集されたＰＭによりフィルターが目詰まりを起こし、通気抵抗が増加し、エンジンに負担をかける結果となる。
【０００４】
そこで従来から、ヒータ等によってＤＰＦを加熱して、堆積したＰＭを強制的に燃焼させることが行われてきた。
【０００５】
また近年ではより効率的な方法として、ＤＰＦによって捕集したＰＭの燃焼除去のために、放電によるプラズマエネルギーを使用することが提案されている。例えば特許文献１では、ＤＰＦとプラズマ発生装置とを組み合わせて、プラズマによってＮＯ２及び活性酸素を発生させ、捕集したＰＭの酸化を促進することを提案している。またここでは、ＤＰＦの温度が低いときにプラズマを発生させて、ＰＭの酸化を促進することを提案している。
【０００６】
また特許文献２では、排気中の有害物質であるＨＣ、ＣＯ、及びＮＯｘの浄化に関して触媒装置とプラズマ発生装置とを組み合わせ、エンジン回転数、触媒温度等に基づいて必要最小限の電力をプラズマ発生装置に供給することが提案されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２７６３３３号公報
【特許文献２】
特開２００２−１２９９４９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
プラズマを利用するこれらの従来技術では、エンジンの始動時のようにＤＰＦの温度が低いときにも、捕集したＰＭを効率的に酸化除去することができる。しかしながらＤＰＦの温度が低い場合以外にも、エンジン内の燃焼状態の変動によって多量のＰＭがＤＰＦに堆積する場合もある。
【０００９】
この場合のように一度多量のＰＭが堆積すると、プラズマの形成が不安定になり、ＰＭの酸化能力が低下し、これが次のＰＭの堆積をもたらすという連鎖的な悪循環を起こす。
【００１０】
また、この堆積した多量のＰＭを一度に燃焼除去すると多量の熱が発生する。この多量の熱はＤＰＦの寿命を短くし、また場合によってはＤＰＦを破損させる。
【００１１】
この問題は特許文献２でのように、ＤＰＦ温度だけでなく、エンジン回転数等の条件にも基づいて制御を行うことによって部分的に解決される。しかしながら、エンジン内の燃焼状態の変動は必ずしも予想可能なものではない。従ってエンジン回転数等の条件に基づく制御を加えたとしても、堆積したＰＭの適切な除去のためにはまだ不充分な場合がある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の排気浄化装置は、プラズマアシストＰＭ浄化リアクター（又は単に「ＰＭ浄化リアクター」という。）、ＰＭ浄化リアクター内のＰＭ堆積量を検知するＰＭ堆積量検知手段、ＰＭ浄化リアクターに電力を供給する電源手段、及びＰＭ堆積量検知手段からの信号に基づいて電源手段を制御する電源制御手段を有する排気浄化装置である。ここでこの排気浄化装置では、ＰＭ堆積量検知手段で検知されたＰＭ堆積量が所定量を超えたときに、電源制御手段が電源手段を制御して、ＰＭ浄化リアクターへの電力の供給を開始させ、又はＰＭ浄化リアクターに供給する電力を増加させることを特徴とする。
【００１３】
本発明の特徴によれば、エンジン回転数のようなパラメータと関連付けられる「ＰＭ発生量」ではなく、ＰＭ浄化リアクター内の「ＰＭ堆積量」に基づいて電力供給を制御することによって、予想外に堆積した多量のＰＭがもたらすプラズマ発生の不安定化及び急激な燃焼といった欠点を防げることができる。また当然に、常に一定の電力を供給する場合と比較して、少ない電気エネルギーでＰＭを除去することができる。
【００１４】
本発明の１つの態様では、ＰＭ堆積量検知手段が、ＰＭ浄化リアクター前後の差圧を測定する差圧計を有する。
【００１５】
この態様によれば、プラズマアシストＰＭ浄化リアクターの前後の差圧から、ＰＭ浄化リアクターでの圧損を求め、これに基づいてＰＭ堆積量を比較的正確に検知することができる。これは、ＰＭ浄化リアクターでの圧損がＰＭ堆積量の増加関数であることによる。
【００１６】
また、ヒータ等によってＤＰＦを加熱してＰＭを燃焼除去する場合、主に触媒との接触面においてＰＭが燃焼除去される。従って図４（ａ）に示すように、基材１５上の触媒１３にＰＭ１１が過剰に堆積すると、触媒１３との接触面付近のＰＭのみが燃焼し、接触面から離れた位置ではＳＯＦ（可溶性有機成分）のみが燃焼して、図４（ｂ）の様に触媒１３から浮いた形でＰＭ１１が存在することがあり得る。この図４（ｂ）の場合には、圧損とＰＭ堆積量との関係が図４（ａ）の場合とは異なっており、ＰＭ浄化リアクターの圧損からＰＭ堆積量を判断することが困難な場合もあり得る。
【００１７】
これに対して、プラズマアシストＰＭ浄化リアクターでＰＭを燃焼除去する場合、ＰＭの燃焼除去は、ＤＰＦ等のセル内の負極側セル壁から放出される電子、並びにプラズマが発生させた活性なＮＯ２及び／又は活性酸素によって、堆積したＰＭの表面層部分からも行われる。また電圧の印加によるＰＭへの通電は、触媒／ＰＭ接触面以外でもＰＭの通電燃焼を促進する。
【００１８】
従って、プラズマアシストＰＭ浄化リアクターでＰＭを燃焼除去する場合、ヒータ等でＤＰＦを加熱してＰＭを強制燃焼させる場合と比較して、圧損に基づくＰＭの堆積量の検知が容易になる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下では本発明を図に示した実施形態に基づいて具体的に説明するが、これらの図は本発明を構成する排気浄化装置の概略を示す図であり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００２０】
図１は本発明の排気浄化装置の全体構成を表す模式的な構成図である。この図１に示す排気浄化装置では、エンジン（ＥＮＧ）からの排気は、プラズマアシストＰＭ浄化リアクター１０と、随意の図示していない他の排気浄化装置、例えばプラズマアシストＰＭ浄化リアクター１０の下流のＮＯｘ吸蔵還元触媒とを、矢印９で示す方向に通過して、大気中に放出される。
【００２１】
この排気浄化装置においては、エンジンの排気下流にＰＭ浄化リアクター１０が配置されている。このＰＭ浄化リアクター１０の前後の差圧計１、信号線２及び計算手段３を含むＰＭ堆積量検知手段は、信号線４によって電源制御手段５に接続されている。この計算手段３は当然にＥＣＵであってもよい。この電源制御手段５は、制御線６によって電源手段７に接続されており、この電源手段７は電力線８によってＰＭ浄化リアクター１０に接続されている。
【００２２】
電源制御手段５は、ＰＭ浄化リアクター１０のＰＭ堆積量検知手段１、２、３で検知されるＰＭ堆積量に基づいて、電源手段７を制御する。ここではこのＰＭ堆積量検知手段１、２、３によって検知されたＰＭ堆積量が所定量を超えたときに、電源制御手段５が制御線６を通じて電源手段７を制御して、電源手段７がＰＭ浄化リアクター１０への電力の供給を開始するようにし、又は電源手段７がＰＭ浄化リアクター１０に供給する電力を増加させるようにする。
【００２３】
尚、ここではプラズマアシストＰＭ浄化リアクター１０のＰＭ堆積量を検知する検知手段として、差圧計１、信号線２及び計算手段３を含むＰＭ堆積量検知手段を使用しているが、任意の他の手段によってＰＭ浄化リアクター１０のＰＭ堆積量を測定することができる。従って例えばＰＭ浄化リアクターの電気抵抗、重量、黒化度、又はＮＯ２若しくはＯ２の濃度（これらはＰＭ燃焼に用いられるので、ＰＭ堆積量が増加すると濃度が低下する）の変化によって、ＰＭ堆積量を検知することもできる。
【００２４】
図１に示す本発明の排気浄化装置を使用する１つの態様を、図２を用いて説明する。図２に示すように、エンジンＥＮＧをスタートさせ、ＰＭ浄化リアクター１０に電力を供給し、エンジンから排出されるガスをプラズマアシストＰＭ浄化リアクター１０に流通させてＰＭを捕集する。その後、ＰＭ堆積量検知手段１、２、３がＰＭ浄化リアクターに所定量のＰＭが堆積したことを検知したら、所定期間にわたって又は検知されるＰＭ堆積量が所定量未満になるまで、ＰＭ浄化リアクター１０に供給する電力を増加させるように、電源制御手段５で電源手段７を制御する。またＰＭ堆積量検知手段１、２、３がＰＭ浄化リアクター１０に所定量のＰＭが堆積していないことを検知した場合には、ＰＭ浄化リアクター１０に供給する電力を増加させずにそのままの電力を供給し、その後再びＰＭ堆積量検知手段１、２、３でＰＭ堆積量を検知する。
【００２５】
尚、ここではエンジンＥＮＧのスタート共に電力の供給を開始しているが、常時は電力を供給せずに、所定量を超えるＰＭが堆積したときに初めて電源手段７が電力を供給するように、電源制御手段５で制御してもよい。また、特許文献２で示されるようなエンジンの運転状態に基づく電力供給の制御、すなわち発生するであろうＰＭの量に基づく電力供給の制御を、本発明によるＰＭ堆積量による制御と組み合わせて使用することもできる。これによれば、常時はエンジンの運転状態に基づく制御を行いつつ、ＰＭ堆積量検知手段で所定量を超えるＰＭの堆積が検知されたときにのみ、本発明による制御が行われるようにすることができる。
【００２６】
本発明で使用するプラズマアシストＰＭ浄化リアクターは、電圧の印加によってプラズマを発生させ、このプラズマがＰＭの燃焼除去を促進するものであり、例えば特許文献１及び２で示されるようなものでよい。
【００２７】
また本発明で使用するプラズマアシストＰＭ浄化リアクターは、図３に示すようなものでよい。このプラズマアシストＰＭ浄化リアクターでは、ＤＰＦのようなハニカム構造体２５が、メッシュ状電極のような平面電極２０ａ〜２０ｅでサンドイッチ状に挟まれている。ここではＰＭを含む排気は、矢印９で示す方向でハニカム構造体２５内の流路を流通する。
【００２８】
平面電極２０ａ〜２０ｅのうち、平面電極２０ｂ及び２０ｄは、電源手段７に接続されており、残りの平面電極２０ａ、２０ｃ及び２０ｅはアースされている。これらの平面電極２０ａ〜２０ｅは、間にハニカム構造体２５が配置されることにより、隣接する平面電極と電気的に絶縁されている。
【００２９】
尚、プラズマアシストＰＭ浄化リアクターにおいてＰＭを捕集するためにはＤＰＦを使用することが一般的であるが、ＰＭを捕集することが可能であれば、ストレートフロー型ハニカム構造体のような他の構造体を使用することもできる。
【００３０】
図１で示すＰＭ浄化リアクターの使用においては、平面電極２０ａ、２０ｃ及び２０ｅと、それぞれ隣接する平面電極２０ｂ及び２０ｄと間に、電源手段７によって電力を供給する。このような複数のハニカム構造体とこれらをサンドイッチ状に挟む電極を有するプラズマアシストＰＭ浄化リアクターの使用によれば、プラズマによってＰＭの燃焼除去を促進するだけでなく、ＰＭの通電燃焼を促進することもできる。
【００３１】
また、本発明で使用するプラズマアシストＰＭ浄化リアクターは、プラズマと通電によってＰＭの燃焼除去を促進するだけでなく、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のようなＮＯｘ浄化触媒を保持して、ＮＯｘ浄化を含む他の機能も有することができる。
【００３２】
ここで提供する印加電圧としては、一般的には５ｋＶ以上、好ましくは１０ｋＶ以上の電圧を使用する。印加電圧のパルス周期は、１０ｍｓ以下、１ｍｓ以下が好ましい。直流電圧、交流電圧、周期的な波形の電圧等をＰＭ浄化リアクターの電極間に印加することができるが、特に直流パルス電圧が、コロナ放電を良好に起こさせることができるために好ましい。直流パルス電圧を用いる場合、印加電圧、パルス幅、パルス周期は、両電極間にコロナ放電を起こすことができる範囲で任意に選択できる。印加電圧の電圧等については、装置の設計や経済性等からの一定の制約を受ける可能性があるが、高電圧且つ短パルス周期の電圧であることがコロナ放電を良好に発生させる点から望ましい。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、ディーゼルエンジン等の内燃機関からの排気中のＰＭを適切に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施態様を表す模式図である。
【図２】本発明の排気浄化装置での電力供給の制御を示すフローチャートである。
【図３】実施例で使用できるプラズマアシストＰＭ浄化リアクターの１つの態様を示す正面図である。
【図４】堆積したＰＭをＤＰＦの加熱により燃焼除去した場合の、ＰＭの形状を示す概念図である。
【符号の説明】
１…差圧計
２…信号線
３…ＰＭ堆積量検知手段
４…信号線
５…電源制御手段
６…制御線
７…電源手段
８…電力線
９…排気流れ方向
１０…プラズマアシストＰＭ浄化リアクター
１１…堆積したＰＭ
１３…触媒層
１５…基材
２０ａ〜２０ｅ…平面電極
２５…ハニカム構造体
【図１】
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【図２】
2005061246.tif 000004
【図３】
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【図４】
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